《数据通信与网络》第1章学习笔记

1.1 数据通信

数据(data)：任何格式表示的信息。
数据通信(data communication)：在两台设备之间通过传输介质进行的数据交换。

数据通信系统的效率取决于：
传递性：系统必须将数据传递到正确的目的地。数据必须由而且只能由预定的设备或用户接受。
准确性：系统必须准确地传递数据。在传递过程中发生改变和不正确的数据都是不可用的。
及时性：系统必须以及时的方式传递数据。传递延误的数据是无用的。
抖动性：抖动是指分组到达时间的变化。

1.1.1 组成

数据通信系统需要有五个部分组成
1.报文(message)：进行通信的信息（数据），可以是文本、数字、图片、声音、视频等信息形式。
2.发送方(sender)：发送数据报文的设备，可以是计算机、工作站、手机、摄像机等
3.接收方(receiver)：接受报文的设备。
4.传输介质(transmission medium)：报文从发送方到接收方之间所经过的物理通路。
5.协议(protocol)：管理数据通信的一组规则。

1.1.2 数据表示

文本：
文本表示为位模式，即位（0或1）序列
数字：
直接转换为二进制数
图像：
图像也采用位模式。图象被划分为成像素矩阵，对每个像素分配一个位模式，可通过增加位模式的大小来包含更多的灰度范围。
音频：
连续的、非离散的。转换成数字或模拟信号。
视频：
转换为数字或模拟信号。

1.1.3 数据流

单工(simplex mode)：
通信是单方向。如键盘-显示器。

半双工(half-duplex mode)：
每台主机均能发送和接受，但不能同时进行。通道的通信能力被两台设备中的发送方完全占用。

全双工(full-duplex mode):
双方主机都能同时发送和接受。两个方向的信号共享该链路的通信能力。

1.2 网络

网络(network)是用通信链路连接起来的设备（通常称为节点）的集合。节点是任何能够发送或接收数据的设备。

1.2.1 分布式处理

将任务划分给多台计算机

1.2.2 网络准则

网络必须能够满足一定的准则，其中最为重要的是性能、可靠性和安全性。
性能：
1.性能可以用多种方式来衡量：
传输时间：报文从一台设备传输到另一台设备所需的时间。
响应时间：请求和响应之间所花费的时间。
2.性能通常由网络两个因素来度量：
吞吐量(throughput)和延迟(delay)，二者矛盾。

可靠性：
用故障出现的频率、一条链路从故障恢复所花费的时间、在灾难中的健壮性来衡量。

安全性：
包括保护数据免受未授权的访问，保护数据在传输过程中免受攻击，和数据丢失与损伤的恢复策略和方法。

1.2.3 物理结构

1.连接类型：
网络：通过链路连接在一起的两台或两台以上的设备
链路：将数据由一台设备传输到另一台设备的通信通路。

点到点(point-to-point)连接：提供两台设备之间专用的链路。
多点连接(multipoint connection)：两台以上设备共享单一链路，也称为多站连接(multidrop connection)。

2.物理拓扑结构(physical topology)：
指的是网络物理上分布的方式。

网状(mesh topology)：点到点
各台设备之间都有一条专用的点到点链路。“专用的”意味着该链路只负责它所连接的两台设备间的通讯量。

链路个数：n(n-1)/2

每台设备必须有n-1个输入/输出(I/O)端口

优点
① 消除了当链路被多台设备共享时可能发生的通信量问题
②网状拓扑结构是健壮的，一条链路变得不可用，也不会使整个系统不可用
③机密性或安全性，物理边界组织其他用户获得对报文的访问权
④容易进行故障识别和故障隔离
缺点：
①安装和重新连接困难
②线缆数量多
③价格高

星型(star topology)：点到点
每台设备拥有一条仅与中央控制器连接的点到点专用链路，该中央控制器称为集线器。

与网状区别：
不允许设备之间有直接的通信量。
每台设备仅需一条链路和一个I/O端口

优点：
①易于安装和重新配置
②健壮性
③易于进行故障识别和故障隔离
④价格便宜

缺点“
①（主要）依赖于集线器
②比环状和总线结果更多的电缆

总线：多点连接
节点由引出线和分结构连接到总线电缆。引出线是在设备和主线缆之间运行的连接。分接头是一个连接器。

优点：
①安装简易
②线缆少于网状和星型

缺点：
①难以重新连接和进行错误隔离
②总线电缆上的错误或中断会使所有的传输中止

环状(ring topology):
每台设备只与其两侧的设备有一条专用的点到点的连接。信号以一个方向在环中传输，从一台设备到达另一台设备，直到其到达目的设备。环中每个设备安装有一个中继器。当设备接收到发给另一台设备的信号时，它的中继器会再生并转发这些位。

优点：
①易于安装和重新配置
②简化了故障隔离

缺点：
①单向通信量，环中故障可能使整个网络瘫痪。

混合型

1.2.4 网络模型

OSI(开放系统互连)模型定义了网络7层模式
因特网模型定义网络5层模式

1.2.5 网络分类

局域网和广域网，网络归于哪个类型主要取决于它的规模。

局域网：local area network, LAN
广域网：wide area network, WAN

1.2.6 网络互联：因特网

互联网(internet)：两个或多个网络彼此连接

1.3 因特网 Internet

1.3.1 历史简介

互联网络internet是两个或多个可以相互通信的网络。
因特网Internet是最著名的互联网络

传输控制协议(Transmission Control Protocol, TCP)
网络协议(Internetworking Protocol, IP)

1.3.2 因特网现状

因特网服务提供商(Internet Service Provider, ISP)

1.4 协议和标准

协议：规则的同义词
标准：经过协商达成一致的规则

1.4.1 协议

协议是用来管理数据通信的一组规则。协议规定了通信的内容、通信的方式和通信的时间。
协议的核心要素是语法、语序和时序。
语法(syntax)：数据的结构或格式，即它们以何种顺序表示的
语义(semantics)：指每一个位片段的含义。地址和控制信息
时序(timing)：报文发送的时间和发送的速率

1.4.2 标准

事实标准：未经组织团体承认但已经在广泛使用中被接受的标准
法定标准：由官方认可的团体制定的标准